Radiative models for architectural modeling

Light microclimate determines many aspects of plant growth. Introducing the light-vegetation interactions into a plant model requires a radiative model computing fluxes at the spatial scale described in the plant model. The three-dimensional (3D) architectural models describe plants functionally and geometrically as sets of interconnected organs. As the geometry of each organ is defined, the 3D canopy structure is explicitly described. These models require calculation of the distribution of light energy on the 3D plant structure, to integrate physiological processes from organ to plant level. This has motivated the development of new radiative models. We introduce first the principles governing the physical interactions between light and a plant canopy. We present then operational models. Fast methods have been developed for calculating sun and sky light directly intercepted by plant organs. Such methods may be used for the simulation of processes depending on the UV or PAR radiations. Models taking into account the multiple scattering between plant elements are based either on Monte Carlo ray tracing or on the radiosity method. We present the principle of these approaches and recent developments on their applications to crop modelling. (© Inra/Elsevier, Paris.)Modèles radiatifs pour la modélisation architecturale. Le microclimat lumineux détermine de nombreux aspects de la croissance des plantes. La prise en compte des interactions lumière-végétation dans un modèle de fonctionnement nécessite un modèle radiatif calculant les flux à l'échelle spatiale retenue pour décrire les processus biologiques. Les modèles architecturaux 3D décrivent les plantes fonctionnellement et géométriquement comme un ensemble d'organes interconnectés. La géométrie de chaque organe étant définie, la structure 3D du couvert végétal est décrite explicitement. Ces modèles nécessitent le calcul de la distribution de la lumière sur la structure 3D des plantes, afin d'intégrer les processus de l'organe à la plante. Cela a motivé le développement de nouveaux modèles radiatifs. Nous introduirons en premier lieu les principes généraux gouvernant l'interaction physique entre la lumière et le couvert végétal. Nous présenterons ensuite des modèles opérationnels. Des méthodes rapides ont été développées pour estimer la lumière en provenance du soleil ou du ciel directement interceptée par les organes végétaux. De telles méthodes peuvent être utilisées pour la simulation de processus biologiques dépendant de l'ultraviolet et du rayonnement photosynthétiquement actif. Les modèles prenant en compte les multiples diffusions entre les éléments de plante sont basés soit sur le lancer de rayons stochastique, soit sur la méthode de radiosité. Nous présenterons le principe des ces approches et les récents développements de leurs applications à la modélisation du fonctionnement des cultures. (© Inra/Elsevier, Paris.